本發(fā)明屬于石油天然氣資源地球物理勘查技術(shù)領(lǐng)域，主要用于地震全波形反演初始模型構(gòu)建，進而通過穩(wěn)定可靠的全波形反演方法獲得高精度地下地層速度。

背景技術(shù)：

隨著世界油氣資源的日益緊張，勘探的難度也日益加大。我國油氣資源的勘探區(qū)域地質(zhì)情況也日益復(fù)雜，面臨著地表構(gòu)造和地下構(gòu)造更加復(fù)雜的問題。為了適應(yīng)油氣資源勘探的需求，勘探地球物理學(xué)家往往要求更好的地震成像精度，因此高精度地震勘探技術(shù)的發(fā)展是油氣資源勘探中的熱點也是重點問題。隨著地震資料采集技術(shù)和計算機硬件技術(shù)的快速發(fā)展，我們可以獲得更高品質(zhì)的地震數(shù)據(jù)，相應(yīng)的地震處理技術(shù)也得以發(fā)展。地震數(shù)據(jù)中的地震波形包含著有關(guān)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)的豐富信息，而在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程中它們往往無法得到充分利用。全波形反演方法利用疊前地震波場的運動學(xué)和動力學(xué)信息重建地層結(jié)構(gòu)，具有揭示復(fù)雜地質(zhì)背景下構(gòu)造與儲層物性的潛力。

全波形反演在理論上已被證明是建立高精度速度模型的有效手段，但在應(yīng)用過程中仍面臨許多問題。目前，全波形反演的應(yīng)用局限于海上地震資料，這是由于陸上地震資料品質(zhì)較差和有效的低頻信息相對缺失。一些陸地針對全波形反演的特殊觀測系統(tǒng)的實際資料的成功應(yīng)用為陸上全波形反演奠定了基礎(chǔ)，但在實際應(yīng)用中很難獲得包含可靠低頻信息的高品質(zhì)地震資料，采用常規(guī)建模方法建立的背景速度場也不能滿足全波形反演對初始模型精度的要求。

現(xiàn)有的常規(guī)初始模型建立方法主要存在以下問題：1)由于地震數(shù)據(jù)有限帶寬的限制，實際中很少有含低頻信息的地震資料，則常規(guī)的初始模型建立缺少可靠的低頻信息；2)全波形反演基于迭代梯度引導(dǎo)類算法，需要精確的初始速度模型來避免跳周問題，而常規(guī)的初始模型建立方法獲得的初始速度因精確性低，經(jīng)常會帶來跳周問題，有學(xué)者提出使用優(yōu)化算法策略避免對初始模型的依賴，但這樣會帶來巨大計算量的代價，很難滿足實際生產(chǎn)需求。因此，需要發(fā)展一種高精度初始速度模型構(gòu)建的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于測井匹配的全波形反演初始模型構(gòu)建方法。該方法充分利用工區(qū)已有的地質(zhì)及測井信息，通過測井?dāng)?shù)據(jù)匹配常規(guī)初始速度模型，在初始速度模型中加入地震資料所缺失的低頻信息，獲取含有可靠低頻信息的高精度初始速度，利用此精確初始速度模型進行全波形反演，能夠解決初始模型精度問題，也解決了全波形反演依賴低頻信息的不足，反演方法能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定地得到反映構(gòu)造或儲層物性的模型參數(shù)反演結(jié)果。

本發(fā)明的主要技術(shù)方案為：一種基于測井匹配的全波形反演初始模型構(gòu)建方法，包括：

(1)對測井?dāng)?shù)據(jù)進行預(yù)處理；

(2)建立初始速度模型；

(3)測井?dāng)?shù)據(jù)加權(quán)匹配初始速度模型；

(4)基于高精度初始模型的全波形反演。

所述的基于測井匹配的全波形反演初始模型構(gòu)建方法，具體步驟包括：

(1)測井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)處理

首先，根據(jù)工區(qū)先驗地質(zhì)背景信息，對所選測井縱波速度曲線進行分析，去除奇異值；其次，通過井震標(biāo)定獲取正確的時深關(guān)系，將測井縱波速度曲線由時間域轉(zhuǎn)到深度域表示；然后，根據(jù)地質(zhì)背景，通過平滑或者濾波方法提取測井?dāng)?shù)據(jù)的低頻信息，得到測井縱波曲線V_well；

(2)建立初始速度模型

初始速度模型的建立包括以下幾種方法的任一種：一是通過旅行時層析方法建立初始模型；二是通過偏移速度分析建立初始模型；三是通過疊加速度譜方法提供初始速度模型；

(3)測井?dāng)?shù)據(jù)加權(quán)匹配初始速度模型

首先根據(jù)工區(qū)情況確定井?dāng)?shù)量及井位置信息，將步驟(1)得到的測井縱波曲線數(shù)據(jù)記為V_well(i_xw,i_z)，i_xw指示井的位置，i_z為測井速度采樣點；設(shè)定步驟(2)得到的基于常規(guī)初始速度模型建立的背景速度場V_initial(i_x,i_z)，通過測井?dāng)?shù)據(jù)對其加權(quán)匹配修正，得到高精度的初始速度模型V_m(i_x,i_z)，如下式

其中，k為井的個數(shù)，α₀、α_w為空間加權(quán)匹配因子，在相應(yīng)空間位置α_wk為第k口井的空間加權(quán)匹配因子；

對于空間加權(quán)匹配因子，

其中，R_w為測井匹配控制半徑，a為控制因子系數(shù)，e為自然常數(shù)；

(4)基于高精度初始速度模型的全波形反演

通過步驟(3)給定的高精度初始模型進行正演模擬獲得正傳波場，然后得到合成地震記錄，與實際地震記錄進行匹配，得到波場殘差，將波場殘差作為震源進行波場模擬，獲得反傳波場，依據(jù)梯度公式求取梯度算子，然后通過拋物插值法求取適合的迭代步長，根據(jù)迭代步長更新初始速度模型，迭代上述過程，直到滿足收斂條件，得到最終反演結(jié)果。

上述方案進一步包括：

所述步驟(4)的基于高精度初始速度模型的全波形反演是：根據(jù)步驟(3)得到的高精度初始速度，進行全波形反演，其步驟是通過波動方程正演得到合成地震記錄與野外實際采集的地震數(shù)據(jù)進行匹配，求得兩數(shù)據(jù)體之間的差別最小，從而得到最佳的模型數(shù)據(jù)；

目標(biāo)函數(shù)定義為：

其中，v為速度模型，d_obs為野外實際采集地震數(shù)據(jù)，d_mod為正演記錄，其梯度公式為：

其中，u為正演模擬波場，B^*為波場殘差反傳算子。

所述通過疊加速度譜方法提供初始速度模型的步驟是：在對地震記錄反射波同相軸動校正中給出不同的速度，同時分析校正后的疊加效果，獲得疊加效果最好的那個速度，此速度就是該反射波的疊加速度，進而通過疊加速度譜獲得初始背景速度場V_initial(i_x,i_z)，其中，i_x＝1,2,…,n_x，i_z＝1,2,…,n_z，n_x為模型橫向采樣點數(shù)，n_z為模型縱向采樣點數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：本方法充分考慮了實際工區(qū)的地質(zhì)和測井等信息，在初始模型構(gòu)建中加入了測井匹配信息，建立了含有可靠低頻信息的高精度初始速度，構(gòu)建穩(wěn)定高效的全波形反演方法。著重解決了初始模型精度及低頻信息缺失的問題，提高了全波形反演的精度。

附圖說明

圖1為井2測井曲線及測井匹配速度模型曲線

圖2為推覆體模型

圖3為常規(guī)初始速度模型

圖4為本方法的測井匹配速度模型

圖5為常規(guī)初始速度模型全波形反演結(jié)果

圖6為本方法的使用測井匹配速度模型全波形反演結(jié)果

圖7為抽取單道反演結(jié)果對比

圖8是本發(fā)明一種實施例的流程示意簡圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式：

以SEG/EAGE推覆體模型為例來說明具體的技術(shù)方案：

第一步：測井?dāng)?shù)據(jù)分析與處理

首先，根據(jù)工區(qū)先驗地質(zhì)背景信息，對測井縱波速度曲線進行分析，去除奇異值(正常值范圍因工區(qū)不同而不同，一般為2000m/s～6000m/s)，以保證測井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，圖2展示了進行測試的推覆體模型；其次，通過井震標(biāo)定(可用商業(yè)軟件，也可編寫程序模塊)獲取正確的時深關(guān)系，將井曲線在深度域表示，如圖1中實線表示測井曲線；然后，根據(jù)地質(zhì)背景，通過平滑或者濾波方法提取測井?dāng)?shù)據(jù)的低頻信息，得到用于匹配的井曲線V_well，如圖1中點線。

第二步：初始速度模型建立

全波形反演嚴(yán)重依賴于初始速度，初始速度模型的建立主要有以下幾種方法：一，通過旅行時層析方法建立初始模型，這種方法對淺層大尺度信息描述較好；二，通過偏移速度分析建立初始模型，這種方法基于水平層狀疊加，在水平層狀疊加的基礎(chǔ)上，利用CMP道集中的常規(guī)疊加速度分析得到粗糙的速度模型。對共中心點道集進行常規(guī)疊加速度分析，可以得到相對平滑的速度模型。以上兩種方法可以任選一種方法獲得初始速度模型。

目前生產(chǎn)單位提取速度參數(shù)的重要手段是利用疊加速度譜的方法，因此，本方法通過疊加速度譜方法提供初始速度模型。主要步驟是在對地震記錄反射波同相軸動校正中給出不同的速度，同時分析校正后的疊加效果，可以獲得疊加效果最好的那個速度，此速度就是該反射波的疊加速度，進而通過疊加速度譜獲得初始背景速度場V_initial(i_x,i_z)，其中，i_x＝1,2,…,n_x，i_z＝1,2,…,n_z，n_x為模型橫向采樣點數(shù)，n_z為模型縱向采樣點數(shù)。如圖3為常規(guī)建模方法得到的初始背景速度，圖1中虛線為抽取井位置附近初始速度曲線。

第三步：測井?dāng)?shù)據(jù)加權(quán)匹配初始模型構(gòu)建

首先根據(jù)工區(qū)情況確定井位置信息，將步驟(1)得到的測井縱波曲線數(shù)據(jù)記為V_well(i_xw,i_z)，i_xw指示了井的位置，i_z為測井縱波速度采樣點。由步驟(2)得到的基于常規(guī)初始速度模型的背景速度場V_initial(i_x,i_z)，通過測井?dāng)?shù)據(jù)對其加權(quán)匹配修正，得到高精度的初始速度模型V_m(i_x,i_z)(如圖4所示)，如下式

其中，k為井的個數(shù)，α₀、α_w為空間加權(quán)匹配因子，在相應(yīng)空間位置α_wk為第k口井的空間加權(quán)匹配因子。

對于空間加權(quán)匹配因子，

其中，R_w為測井匹配控制半徑，控制半徑的選取可根據(jù)工區(qū)構(gòu)造及地層速度水平變化程度調(diào)節(jié)，a為控制因子系數(shù)，e為自然常數(shù)。

第四步：基于高精度初始模型的全波形反演

根據(jù)步驟(3)得到的高精度初始速度，進行全波形反演，主要步驟是通過波動方程正演得到合成地震記錄與野外實際采集的地震數(shù)據(jù)進行匹配，求得兩數(shù)據(jù)體之間的差別最小，從而得到最佳的模型數(shù)據(jù)。

目標(biāo)函數(shù)定義為：

其中，v為速度模型，d_obs為野外實際采集地震數(shù)據(jù)，d_mod為正演記錄。

其梯度公式為：

其中，u為正演模擬波場，B^*為波場殘差反傳算子。

通過步驟(3)給定的高精度初始模型進行正演模擬獲得正傳波場，然后得到合成地震記錄，與實際地震記錄進行匹配(合成記錄與實際記錄作差)，得到波場殘差(即數(shù)據(jù)匹配誤差)，進行殘差反傳，即將波場殘差作為震源進行波場模擬，獲得反傳波場，根據(jù)梯度公式(公式4)求取梯度算子，然后通過拋物插值法求取合適的迭代步長，根據(jù)迭代步長更新初始速度模型，迭代上述過程，直到滿足收斂條件，得到最終反演結(jié)果。

圖5和圖6分別為使用常規(guī)初始速度模型反演的結(jié)果和使用本發(fā)明提出的測井匹配速度模型反演的結(jié)果，圖7(a)和(b)分別為抽取第770m和第1380m井位置處反演結(jié)果對比，點線為使用常規(guī)初始速度模型反演的結(jié)果，點虛線為使用本發(fā)明提出的測井匹配速度模型反演的結(jié)果，從圖中可以看出使用測井匹配模型反演的結(jié)果與實際模型黑色曲線更加吻合。

本方法在初始模型構(gòu)建中加入了測井匹配信息，如果全波形反演所用初始速度模型缺少可靠的低頻信息，初始模型不精確，則會使反演結(jié)果不準(zhǔn)確，可能產(chǎn)生跳周，陷入局部極值等問題。為此，本方法第一步提取了可靠的工區(qū)測井信息，并在第三步中利用此測井信息來匹配初始模型，獲得了精確的初始模型，也解決了全波形反演需要低頻信息的問題。